苏联的霉运与美国的突破：火星与水星的探索之旅

上文书我们讲到了先驱者11号成功的穿过了土星环，拍摄到了不少土星的照片。取得了空前的成功，而且还为后续的旅行者计划探了一条路。也就是说，借助引力弹弓从土星环边上擦过去是可行的，土星环里面并没有多少大石头，都是很小的颗粒，穿过去还是能够保证安全的。

然后呢，先驱者号的既定任务全都完成了，剩下的时间就是发挥余热，去探索太阳系的边缘，最终是飞出太阳系的引力范围，只是这个过程非常的漫长。星际空间就是这么广袤无垠。

按下美国人不表，这几年苏联人在干什么呢？他们盯上火星了。尽管火星2号和火星3号两个探测器也给火星拍了几张照片，但是没有大的科学成果。你瞧瞧人家美国的水手9号，拍摄了足足7000张照片啊，极大的拓展了人类对火星的认知，那风头完全盖过了苏联人。苏联人心里能服气吗？不可能啊。

苏联人觉得自己比较点儿背，火星2号尽管释放的着陆器摔坏了，但是那好歹也算是人类第一个抵达火星表面的探测器啊。你要问啥怎么过去的，那是死“过去”的。金星3号可是实在是的着陆了哦，这个成绩不能抹杀，但是照片传输过程仅仅维持了14.5秒就挂了。但是，探测器好歹也算是开始工作了。这就比上一次有进步。

火星3号着陆器传回的图像

当然啦，苏联解体以后，有人去翻过去的档案，发现火星3号在那14.5秒之中还是传回79行图像数据，尽管模模糊糊，效果不好，但是的确也算是着陆点的照片。只是苏联人觉得没脸见人，就没拿出来发表。有意思的是，2007年，美国人的火星勘测轨道器卫星拍摄了大量火星表面的高分辨率照片，而且还公开给大家研究。俄国人就来了兴趣，他们召集了一大群志愿者，硬是找了3年，从18GB的照片里面找到了火星3号的痕迹，探测器本身很小，但是那个降落伞比较显眼。又过了5年，一直到2013年，俄国人和JPL一起宣布，终于找到了火星3号的着陆器残骸。毕竟这也是人类第一个登陆火星，而且还活了14.5秒的探测器，这个荣誉还是要算在苏联人的头上，尽管苏联已经不存在了。

扯远啦，我们还是扯回来。

尽管火星3号落在火星上就挂了。但是也给了苏联人信心，下一次的表现怎么也比上一次好嘛。于是他们打算在1973年这个窗口期干一票大的。他们打算在这一年发射4个探测器，金星4号和5号是环绕器，绕着火星拍照片，金星6号和7号是着陆器，探测器本体不环绕火星，直接飞掠而过。这样的话，探测器的设计可以简化。

环绕任务和着陆任务完全分开，每个任务一式两份双保险，那可不就变成了4个探测器了嘛，这工作量一下就加大了。没办法啊，加班加点也给搞出来啊。

您要快啊，那就容易出事儿，俄国人干活儿本来就粗糙，萝卜快了不洗泥，现在呢，质量就更加得不到保证了。比如说，按照航天规范，晶体管的引脚必须是金的，金子的抗氧化能力非常强，但是沃罗涅日工厂生产的晶体管以次充好，本来该用黄金引脚，他们给换成了铝的。铝的抗腐蚀能力跟金子能比吗？你哪怕换个镀金的呢，您也别直接换铝的啊！

诸如此类的质量问题比比皆是，苏联电子工业本来就比不上美国人，你这还偷工减料。这根当时苏联的大环境有关系，勋章帝屁事儿不管，你好我好大家好。上梁不正下粱歪呗。火星6号探测器的电源也有问题，等到查出来，已经晚了。为了赶在美国人的海盗号之前发射，只能赶鸭子上架了。

好在苏联的质子号火箭还是给力的。60年代刚研制出来的时候经历了一大串失败，但是进入70年代以后，产品质量稳定了下来，基本没再掉链子。火星4号和5号是1973年7月21和25号发射的。到了下个月的8月5号和9号发射了火星6号和7号，这4次发射比较成功。

但是，苏联人高兴了没几天，火星6号就出bug了，火星6号无线电信号不正常。苏联人真是不抛弃不放弃，还是不断通过设立在克里米亚半岛叶夫帕托里亚的NIP-16地面无线电工程综合体给火星6号发出各种遥测指令，希望火星6号能有消息回复。但是，火星6号传输回来的微弱信号并不包含现在探测器的状态。只能表示现在还有一口气。未来的所有操作都无法得到正确的反馈了。

这还不算是最糟糕的，屋漏偏逢连夜雨，火星4号和火星7号也出毛病了。

问题还是出在电子原件上，所以，火星4号需要刹车的时候反推火箭没开机。结果就导致火星4号没办法减速，无法进入环绕轨道，只能飞掠而过。尽管如此，火星4号还是拍了若干张火星表面的照片，分辨率还不错，每像素相当于100米见方。而且还用紫外线传感器获取了火星大气的数据。

火星7号呢，本来是个登录器，本体不减速，会飞掠而过。但是着陆器是要减速的，结果呢，这个着陆器提前被释放了，位置不对，角度不对，速度也不对。导致这个着陆器也是飞掠而过，根本没落到火星上。这两个家伙最后都变成了绕着太阳飞行的人造行星。谁叫苏联人用了不合格的电子原件呢？

火星5号拍摄的彩色照片

火星5号倒是没出啥幺蛾子，在完成了3次轨道修正以后，这个探测器总算是顺利的进入了环绕火星的轨道。但是，这个探测器的增压密封舱泄露了，我们不是说过吗？苏联人为了省事，他们的探测器仪器舱是完全密封的，内部维持着20度的温度，和地球保持一致，内部维持一个大气压的压力，也和地球保持一致。这样的话内部的仪器设备只要在地球上测试没事儿，在火星轨道上也就没事。

现在倒好，增压密封舱漏气了，温度和压力都维持不住呢。这就意味着这个探测器已经没几天的寿命了。那没办法，只能抓紧工作。前前后后拍了一百多张照片，因为拍的太匆忙，能用的只有43张。

探测器上的其他仪器也都抓紧工作，电子光谱仪去测量太阳风高能带电粒子的能量、数量、组成、温度、压力和速度。

无线电天线抓紧扫描火星大气层的温度压力和电离层。

表面辐射仪探测火星表面的土壤成分，获取火星岩石的伽马光谱。

红外线温度计测量土壤的温度，红外线分光光度计来分析土壤的光谱，这些数据对研究土壤成分很有用。

对了还得测量大气的水蒸气含量和臭氧含量，最后是测量火星的磁场。

火星5号坚持了3个礼拜，绕着火星转了22圈，最后一次和地面的通信是在1974年的2月28号。火星5号算是彻底失去联系，你要说成功呢，也算是成功，只是折扣打的不小。

这4颗探测器，终于有一个比较争气，总算没有全军覆没。但是，让苏联地面控制人员没想到的是，1974年的3月12号，他们接收到了来自于火星6号着陆器的无线电信号，原来这个家伙还活着呢。

火星6号的飞行轨迹

闹了半天啊，是火星6号的无线电发射机出毛病了，但是接收机和控制系统没毛病，地面测控人员发出的信号，火星6号全收到了。轨道修正也做了，各种指令也执行了，总体还完成的不错。只是这家伙无法报告自身状态，地面测控站无法准确定位，到底该不该修正，修多少，完全是一笔糊涂账，所有的轨道修正数据只能是瞎猫碰死耗子，因此这个探测器的轨道和预期的不太一致。尽管如此，这个探测器还是根据预先设定好的流程，忠实的把着陆器给扔下去了。

在距离火星4.8万公里的地方，着陆器和主体分离，对着火星大气层就扎进去了。当时的速度是5.6公里/秒。几分钟以后，借助火星大气的减速，速度降低到了600米/秒。这时候着陆器应该在20公里的高空。从现在到落地也就只剩下几分钟时间了。

这个过程之中，着陆器一直在送信号，这个信号时断时续，非常的微弱。地面上开始从这个小火星车上获取各种大气数据。到最后，数据也断线了，估计要进入最后的软着陆状态了。预计两分半钟之后，着陆器落了地，一切都安稳的话，无线电应该发出信号，但是左等没信号，右等还是没信号，这才确定，这个着陆器应该是摔扁了，彻底没戏了。

火星6号的着陆器

这个着陆过程，前前后后一共传输了224秒的数据。很多数据都无法读取，只能大概知道了一点大气方面的数据，比如说电离层的电子密度。

所以啊，这一次苏联连发了4颗探测器，最后也只能说是部分成功。算上以前发射的探测器，一共发了15颗了，苏联反正就是和火星犯冲，没有一次是顺利的。所以，苏联高层对火星探测也就没了兴趣。这时候呢，恰好OKB-1设计局的领导从科罗廖夫的接班人米申换成了科罗廖夫的死对头格鲁什科。苏联空间研究所的领导也换人了。他们觉得，现在跟美国人竞争也已经没啥希望了，与其专注于失败率高居不下的火星探测，还不如聚焦于成功率更高的金星探测呢。他们这一派被称为金星人。

但是，金星实在是太单调了，远不如火星这么丰富多彩，即便你能够发射探测器，你能够取得成功，结果也不会比火星更加出彩，金星就没啥可研究的。这一派被称为火星人。在整个70年代，金星人都比火星人要吃香。所以，火星探测计划就搁置下来了，苏联开始专注于金星探测。

巧了，美国人在这个时间段也盯上了金星。你别忘了，80年底啊初会出现一次9星连珠的奇观。从1968年起，美国人就制定了一连串的计划，先驱者10号和11号，旅行者1号和2号，就是充分利用这次千载难逢的机会，利用一颗探测器，探测一连串的行星。

水手10号

对木星土星可以利用引力弹弓加速，对水星行不行？咱们利用金星做减速，拜访一下内太阳系距离太阳最近的水星，岂不是一举两得吗？如果不利用引力弹弓，从地球发射探测器到水星，必须用泰坦3C火箭才行，但是借助引力弹弓，使用宇宙神+半人马座上面级就足够了，借助引力弹弓省钱啊。于是，水手10号就被提上了议事日程。这也是水手计划的收官之作。

这个项目由JPL负责，承包商就是大名鼎鼎的波音公司。这一次主要是对水星展开多项探测，同时，对引力弹弓技术进行实践。这条轨道的设计很麻烦，首先是水手10号必须经过金星，借助引力弹弓甩一下，然后奔向水星。

探测水星很麻烦，因为探测器飞向内太阳系，其实是个向下掉的过程，在太阳引力作用下，探测器很难减速，路过水星也无法被水星微弱的引力捕获。如果仅仅是一次性飞掠，又有点不甘心。于是JPL的工程师们就设计了一条特殊的轨道。

水手10号利用金星来减速

水手10号的其实是要进入一条绕着太阳运转的椭圆轨道。椭圆轨道嘛，总有近日点和远日点，水手10号的近日点恰好和水星轨道的远日点重合。每6个月就有两次机会和水星碰头。这样的话，探测机会就变多了。

当然，水手10号探测器首先要解决的技术问题就是防热。因为金星和水星距离太阳更近，阳光照耀更加强烈。金星轨道附近单位面积获得的太阳光能量会是地球附近的2.2倍。到水星轨道附近，这个数值就会变成5.4倍。所以水手10号探测器内部必须用隔热材料包裹，外边儿也要包上反光膜。而且在设备舱里面还要开百叶窗。利用这些百叶窗来控制航天器内部的温度。

水手10号带了两台照相机，配了8个滤镜轮。除了常规的红绿蓝还有紫外线滤镜。紫外线滤镜是专门用来拍金星高层云的。其他的嘛就是常规的红外线，紫外线的传感器，还有磁场传感器他还有一个带电粒子望远镜，是专门儿用来研究太阳系和银河宇宙射线的。

1973年的11月3号，水手10号探测器发射成功。发射十天以后进行了一次轨道修正。到1974年的2月5号，水手10号接近了金星。这一次水手10号是从金星背光那一面儿擦过去，整个过程拍摄了4165张金星的可见光和紫外线照片儿。通过紫外线照片儿，我们就可以看清楚金星云层之中的结构。

水手10号拍摄的金星照片

这一次水手10号利用金星减速而不是加速。探测器的速度由37km/秒降低到了32.3km/秒。1974年的3月16号，水手10号进行了第三次轨道修正。再过两个礼拜，水手10号就要和水星相遇了。从距离水星530万km的地方，照相机就已经开始工作了。从水星身边擦身而过的这个过程之中，一共拍了2000张照片儿。传输的速度达到了15K每秒，站在当时已经算是传输速度比较快了。

极紫外探测器对水星大气进行了测量，发现水星几乎就没有大气层。磁强计探测到了水星内部大约有100nT的内部磁场，这个磁场相当相当的弱。通过红外线传感器测得水星的日照表面温度为187度，暗面温度是零下123度，这个温差比月球都大。

这次擦肩而过之后，再过大概过170多天，水手10号会第二次与水星相遇。这一次水手10号是在48000km的距离上拍摄了500张照片儿。通过拼接这些照片得到了水星南半球的图像。第三次和水星相遇就是在1975年的3月16号了。这一次探测器从水星的北极上空飞过。最近距离只有327km。因为这一次接近北极，所以测出来的磁场更准确，水星极地磁场强度为700nT。

水手10号拍摄的水星照片

经过这三次相遇，水手10号上的氮气瓶消耗得差不多了，它再也没有能力去改变轨道，只能随它去了。水手10号的这次任务圆满结束。

事后呢，科学家们对水手10号发过来的水星照片儿进行了分析。大家发现水星距离太阳的平均距离为5790km，是地日间距离的0.38倍。水星的赤道半径为地球的2/5。这个家伙的外观长得很像月亮，到处都是环星山。从这些环形山周围可以看到非常清晰的辐射纹，而说明水星表面的状态保持的相当好，亿万年来一直没有什么扰动。所以这些痕迹才能清晰的保持到了今天。

同时，水星表面有一些特征和月球不太一样。水星上有很多悬崖峭壁和山脊，但是这些山脊，看着又特别的别扭，好像是一个苹果缩了水以后挤出来的皱纹。

一道疤痕从陨石坑中间穿过

水手10号发现水星的密度和地球差不多，而且还有一个全球性的磁场。和火星杂乱无章的磁场不同，别看水星的磁场很弱，只有地球的1%，但是水星的磁场也是规规矩矩的偶极场，啥叫偶极场呢？就是条形磁铁形成的那种有明确南北极的磁场。水星的磁力线简直就是缩小版的地球，而且水星的磁场也受到太阳风的挤压，它靠太阳近嘛。

通过这些数据，科学家们推测水星内部可能有一个高温液态的金属核。而且这个金属核的直径超过水星直径的1/3，达到了1600km。这个金属核就有月球那么大。说实话水星的这些特点和其他行星相差都很大，这么小的一颗行星怎么长出了这么大一个核儿？为什么这么小的水星密度却跟地球差不多？这些问题就摆在科学家面前了，那么水星到底为什么会这么特殊呢？

我们下回再说。